Ｘ線画像検出器
【課題】振動や衝撃を受けた場合のガラス基板および筐体の破損の可能性を抑制する。
【解決手段】Ｘ線画像検出器３０は、被支持部品群２２と金属製の筐体２６と支持支柱２４とを備える。被支持部品群２２は、ガラス基板１１を備えて、Ｘ線を検出して電気信号に変換するＸ線検出パネル３１と、Ｘ線検出パネル３１の前記Ｘ線の入射面の反対側に設けられたＸ線遮蔽板１８とを含む。筐体２６は、外部装置に固定するための取付穴２５が形成された底板４０を備えて、被支持部品群２２を収納する。支持支柱２４は、被支持部品群２２と筐体２６の底板４０との間に延びていて、これらに固定されている。支持支柱２４の本数ｎ１は、取付穴２５の数ｎ２以上である。
【解決手段】Ｘ線画像検出器３０は、被支持部品群２２と金属製の筐体２６と支持支柱２４とを備える。被支持部品群２２は、ガラス基板１１を備えて、Ｘ線を検出して電気信号に変換するＸ線検出パネル３１と、Ｘ線検出パネル３１の前記Ｘ線の入射面の反対側に設けられたＸ線遮蔽板１８とを含む。筐体２６は、外部装置に固定するための取付穴２５が形成された底板４０を備えて、被支持部品群２２を収納する。支持支柱２４は、被支持部品群２２と筐体２６の底板４０との間に延びていて、これらに固定されている。支持支柱２４の本数ｎ１は、取付穴２５の数ｎ２以上である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施の形態は、Ｘ線画像検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
新世代のＸ線診断用検出器としてアクティブマトリックスを用いたＸ線画像検出器が大きな注目を集めている。平面状の検出器にＸ線を当てることで、Ｘ線撮影像またはリアルタイムのＸ線画像がデジタル信号とし出力される。固体検出器であることから、画質性能や安定性の面でも極めて期待が大きい。このため、多くの大学やメーカーが研究開発に取り組んできた。
【０００３】
実用化の最初の用途として、比較的大きな線量で静止画像を収集する胸部・一般撮影用に開発され、近年商品化されている。より高い技術的なハードルをクリアして、透視線量下で秒３０コマ以上のリアルタイム動画を実現させる必要のある循環器、消化器分野への応用に対しても近い将来に商品化が予想される。この動画用途に対しては、Ｓ／Ｎの改善や微小信号のリアルタイム処理技術等が重要な開発項目となっている。
【０００４】
平面検出器には大きく分けて直接方式と間接方式の２通りがある。直接方式は、Ｘ線をａ−Ｓｅなどの光導電膜により直接電荷信号に変換し、電荷蓄積用のキャパシターに導く方式である。一方の間接方式は、シンチレータ層によりＸ線を受けて一旦可視光に変換し、可視光をａ−ＳｉフォトダイオードやＣＣＤにより信号電荷に変換して電荷蓄積用キャパシターに導く方式である。直接方式は、入射Ｘ線によりＸ線光導電体内部に発生した光導電電荷を高電界により直接に電荷蓄積用キャパシターに導く方式である。
【０００５】
現在実用化されているＸ線画像検出器の多くは、間接変換方式を採用している。従来の間接型Ｘ線画像検出器においては、人体などを透過したＸ線をＸ線画像検出器に入射し、そのＸ線強度分布を電気信号に変換する。この際にＸ線を可視光に変換する蛍光変換膜によってＸ線を可視光に変換し、その光を格子状に形成された複数の光検出器によって二次元的な画像情報として検出し、外部に電気信号として出力する。
【０００６】
間接式Ｘ線検出器は、液晶表示装置の製造工程に類似しているＴＦＴパネル製造工程により、信号配線とＴＦＴトランジスタをガラス基板上に形成したアレイ基板を作成する。その上に入力面からの蛍光を検出するフォトダイオード素子を格子状に形成し、その出力を下部に配置されているＴＦＴトランジスタに電気的に接続することで画素となる。
【０００７】
画素はガラス基板上に格子状に配置され、各画素のスイッチング素子は行を表すゲート線と列を表す信号線に接続されている。ゲート線と信号線は、格子状に配置され、格子状に配置している各画素に接続されている。
【０００８】
平面型光検出器上にＸ線を可視光に変換する蛍光体を積層することにより、外部から入射したＸ線は蛍光体内部にて可視光に変換され、発生した可視光は平面型光検出器に入射する。この際に平面型光検出器内部のフォトダイオードに入射した可視光はフォトダイオードにて電荷に変換され、フォトダイオード内部もしくは並列接続されている容量素子内部に蓄積される。
【０００９】
電荷に変換されたＸ線強度分布情報は、フォトダイオードに接続されているスイッチング素子（ＴＦＴトランジスタ）を通して基板外部へと伝達される。ゲート線の電位が変化することで、電位の変化したゲート線に接続されたＴＦＴトランジスタは導通状態となり、導通状態となったＴＦＴトランジスタに接続されているフォトダイオードもしくは容量素子内部に蓄積された電荷は、ＴＦＴトランジスタを通して外部に排出される。外部に排出された電荷は、ＴＦＴトランジスタに接続している信号線を通してガラス基板外部へと排出される。
【００１０】
ＴＦＴトランジスタを駆動するゲート線の電位は、ゲートドライバからのスイッチング信号により通常１本のみのゲート線の電位が変化され、ある特定の行に相当する画素内部のＴＦＴトランジスタを導通状態にする。電位を変化させるゲート線を順次変更することで、外部にはある特定の行に相当する画素からの信号が外部に排出され、電荷の排出された信号線の位置と、その時点で電位の変動したゲート線の位置を参照することで、Ｘ線の入射位置と強度を算出することが可能となる。
【００１１】
ガラス基板外部に排出された電荷信号は、各信号線に接続された積分増幅器へと入力される。積分増幅器に入力された電荷情報は増幅され、電位信号に変換されて出力される。積分増幅器から出力された電位信号はアナログ、デジタル変換機にてデジタル値に変換される。
【００１２】
デジタル値に変換された信号に対しては、適切な信号処理と画像処理を行うことが必要である。これはＸ線画像信号が極めて微弱であるため、信号処理を行う前の画像には多数のノイズや輝度むら、そして不要な信号が多数含まれているからである。これらを画像処理により取り除くことで、Ｘ線を用いた医療に用いることが可能なＸ線画像検出器とすることができる。
【００１３】
Ｘ線画像検出器との画素は、ガラス基板上に配置されている。Ｘ線画像検出器が衝撃や振動を受けた場合にガラス基板へのダメージを抑制するため、ガラス基板は樹脂や金属などの平坦な支持プレート上に配置され、支持プレート面と反対側の面から押さえつけることにより固定される。あるいは、ガラス基板と支持プレートとを接着剤や両面テープにより固定する方法が取られる場合もある。ガラス基板の温度上昇抑制や温度分布を少なくするため、断熱を目的得して、ガラス基板と支持プレートの間に樹脂板を配置することもある。
【００１４】
また、画像処理と信号処理ＩＣ、そしてゲートドライバや積分増幅器、アナログデジタル変換器は、主に半導体による回路にて構成される。これら半導体回路はＸ線の入射により半導体内部に多数の電荷を発生させ、それら電荷が半導体内部の電気信号に混入することで誤作動を引き起こしてしまうことが知られている。この現象によりＸ線画像に多数のノイズが混入し、画像品質を大きく劣化させてしまう可能性がある。
【００１５】
そこで、半導体回路へのＸ線の入射を防ぐため、重金属で比重の高い金属によるＸ線遮蔽材により半導体回路を含む基板を覆うことが求められる。Ｘ線は、主に対象となる被写体を通過し、蛍光体とＴＦＴ回路が積層されているガラス基板を透過する。半導体を含む回路基板は、装置の大きさの制約上、ガラス基板の裏面方向に配置されることが多い。このため、Ｘ線遮蔽物質はガラス基板と回路基板との間に配置されることが多い。Ｘ線遮蔽物質はＸ線の透過を防ぐという目的のため、他の部品を取付けるための穴を形成しないことが好ましい。このためＸ線遮蔽物質は前記支持プレートに接着剤や両面テープなどで固定し、さらに支持プレートに回路基板を取付けるという方法が取られる。
【００１６】
ガラス基板、樹脂板、支持プレート、Ｘ線遮蔽物質、回路基板から構成される被支持部品群は筐体中の質量が集中している部分である。被支持部品群は、筐体の振動や衝撃が発生した場合の変形を抑制するために、支持支柱で支えられている。支持支柱の他の端は、筐体に接続されている。
【００１７】
一般的に、可搬型でないＸ線画像検出器は、検査装置システムに据え付けられて使用される。Ｘ線の入射を妨げないように、Ｘ線画像検出器はそのＸ線入射面以外の面、多くはＸ線入射面と反対側の面を用いて検査装置システムに取付けられる。筐体を構成する部材の厚さが厚い場合には、筐体に直接ネジ穴を複数箇所に設け、ネジ締めにより検査装置システムに固定されることが多い。筐体を構成する部材の厚さが薄い場合には、筐体に複数個の取付ナットを設け、ネジ締めにより固定されることが多い。この取付ナットは筐体に溶接や打ち込みなどで固定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開２００５−１９５６４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
検査装置システムを低コストで製造するために簡略化したいという要望から、Ｘ線画像検出器の軽量化や取付点数の削減が求められている。このためにはＸ線画像検出器を構成する構造部品の薄肉化や部品点数削減が必要となり、剛性の低下は避けられない。
【００２０】
一方、被支持部品群はガラス基板、樹脂や金属などの支持プレート、Ｘ線遮蔽物質、回路基板で構成されており、筐体中の質量が集中している部分である。Ｘ線画像検出器の検査装置システムへの据付時や輸送中および動作中などに衝撃や振動を受けた場合、この被支持部品群が変形する可能性がある。被支持部品群が変形すると、ガラス基板に応力が発生し、最悪の場合はガラスが破損する可能性がある。
【００２１】
また、被支持部品群の変形・変位が支持支柱を介して筐体へ伝わり、筐体が変形をする可能性がある。その際、取付穴部が固定点となり、それ以外の部分が変形する挙動を示すため、取付穴部周辺には局部的な応力が集中する。この結果、取付穴の変形や取付ナットの変形・脱落を招き、最悪の場合、検査装置システムからＸ線画像検出器が落下するおそれがある。
【００２２】
ガラス基板の破損を防ぐために支持支柱の数を増やすと、低コスト、軽量化に相反するだけでなく、回路基板の設計自由度が下がる。さらに、被支持部品群の変位が筐体の取付面側に伝達され、筐体の変形を助長させる可能性がある。筐体の変形を防ぐために取付穴や取付ナットの数を増やすと、低コスト、軽量化に相反するだけでなく、検査装置システムへのＸ線画像検出器の取付操作性が下がる。
【００２３】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、振動や衝撃を受けた場合のガラス基板および筐体の破損の可能性を抑制したＸ線画像検出器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記課題を解決するため、実施形態のＸ線画像検出器は、ガラス基板を備えてＸ線を検出して電気信号に変換するＸ線検出パネルと、前記Ｘ線検出パネルの前記Ｘ線の入射面の反対側に設けられたＸ線遮蔽板と、を含む被支持部品群と、外部装置に固定するための取付穴がｎ２か所に形成された底板を備えて前記被支持部品群を収納する金属製の筐体と、前記被支持部品群と前記筐体との間に延びてこれらに固定されたｎ１本の支持支柱と、を具備し、ｎ１≧ｎ２であることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】一実施の形態によるＸ線画像検出器の側断面を示す図２のＩ−Ｉ矢視断面図である。
【図２】一実施の形態によるＸ線画像検出器の平断面を示す図１のII−II矢視平断面図である。
【図３】一実施の形態によるＸ線画像検出器のブロック図である。
【図４】一実施の形態によるＸ線検出パネルの模式的斜視図である。
【図５】一実施の形態による画像検出部の回路図である。
【図６】一実施の形態によるＸ線画像検出器における支持支柱の数ｎ１の取付穴の数ｎ２に対する比Ａと許容応力で規格化したガラス基板および筐体に発生する応力との関係の例を示すグラフである。
【図７】一実施の形態によるＸ線画像検出器において、被支持部品群の質量をｍ１とし、Ｘ線画像検出器の質量をｍ２とし、ｂ１＝ｎ１／ｍ１とし、ｂ２＝ｎ２／ｍ２としたときのＢ＝ｂ１／ｂ２と許容応力で規格化したガラス基板および筐体に発生する応力との関係の例を示すグラフである。
【図８】一実施の形態によるＸ線画像検出器において、支持支柱から最短距離に配置される取付穴までの距離のうち全支持支柱における最大値をｌｍａＸとし、筐体の対角長さをＬとしたときのｌｍａＸ／Ｌと許容応力で規格化した筐体に発生する応力との関係の例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下一実施の形態のＸ線画像検出器を、図面を参照して説明する。なお、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２７】
図３は、一実施の形態によるＸ線画像検出器のブロック図である。
【００２８】
Ｘ線画像検出器３０は、Ｘ線検出パネル３１を有している。Ｘ線検出パネル３１は、入射したＸ線を電気信号に変換する。
【００２９】
Ｘ線検出パネル３１には、ゲートドライバ３２および複数の積分増幅器３３が接続されている。ゲートドライバ３２は、外部からの信号を受信すると、Ｘ線検出パネル３１に接続されている多数のゲート線の電圧を順番に変更していく。積分増幅器３３は、Ｘ線検出パネル３１から出力される極めて微小な電荷信号を増幅し出力する。ゲートドライバ３２には、行選択回路３５が接続されていて、Ｘ線画像の走査方向に従って対応するゲートドライバ３２へと信号を送る。
【００３０】
積分増幅器３３は、Ｘ線検出パネル３１がＸ線を変換した電気信号を積分して増幅する。積分増幅器３３は、Ａ／Ｄ変換器３４に接続されている。積分増幅器３３で増幅された電気信号は、並列／直列変換されてＡ／Ｄ変換器３４に入力される。積分増幅器３３から入力されてＡ／Ｄ変換器３４で変換されて生成したデジタル信号は、画像合成回路３６に伝達される。画像合成回路３６は、伝達された信号からＸ線検出パネル３１に入射したＸ線像を合成し、外部のディスプレイなどに伝達する。外部のディスプレイは、伝達されたＸ線像を表示する。
【００３１】
図４は、本実施の形態におけるＸ線検出パネルの模式的斜視図である。
【００３２】
Ｘ線検出パネル３１は、蛍光変換膜３８と画像検出部１２とを有している。蛍光変換膜３８へと入射する入射Ｘ線３７は、蛍光変換膜３８の内部にて蛍光に変換され、発生した蛍光は画像検出部１２表面へと到達する。
【００３３】
画像検出部１２は、ガラス基板１１上にＴＦＴ回路層１０およびフォトダイオード１６が形成されたものである。フォトダイオード１６は、正方格子状に配列されている。蛍光変換膜３８から入射した可視光像は、画像検出部１２にて電気信号による画像情報へと変換される。なお、図４では、蛍光変換膜３８と画像検出部１２とを離して記載しているが、実際には、両者は接触している。
【００３４】
図５は、本実施の形態における画像検出部の回路図である。
【００３５】
画像検出部１２のそれぞれのフォトダイオード１６に対応して、薄膜トランジスタ１４およびコンデンサ１５が設けられている。フォトダイオード１６、薄膜トランジスタ１４およびコンデンサ１５などによって、それぞれの画素３９が構成されている。それぞれの画素３９は、ゲート線１３と信号線１７とに接続されている。
【００３６】
つぎに、Ｘ線画像検出器の動作を説明する。
【００３７】
初期状態においてコンデンサ１５には電荷が蓄えられている。また、並列接続されているフォトダイオード１６には逆バイアス状態の電圧が加えられている。このときの電圧は、信号線１７に加えられている電圧と同じである。フォトダイオード１６はダイオードの一種なので、逆バイアスの電圧が加えられても電流はほとんど流れることは無い。そのためコンデンサ１５に蓄えられた電荷は減少することなく保持される。
【００３８】
このような状態において、入射Ｘ線３７が蛍光変換膜３８に入射すると、蛍光変換膜３８内部において高エネルギーのＸ線が低エネルギーの多数の可視光に変換される。蛍光変換膜３８内部にて発生した蛍光の一部は、画像検出部１２表面に配置されているフォトダイオード１６へと到達する。
【００３９】
フォトダイオード１６に入射した蛍光は、フォトダイオード１６内部にて電子とホールからなる電荷に変換される。変換された電荷がコンデンサ１５にて印加されている電界方向に沿ってフォトダイオード１６の持つ両端子へと到達することで、フォトダイオード１６内部を流れる電流として観測される。
【００４０】
蛍光の入射により発生したフォトダイオード１６内部を流れる電流は、並列接続されているコンデンサ１５へと流れ込み、コンデンサ１５内部に蓄えられている電荷を打ち消す。その結果、コンデンサ１５に蓄えられていた電荷は減少し、コンデンサ１５の端子間に発生していた電位差も初期状態と比べて減少する。
【００４１】
ゲート線１３は、特定のゲートドライバ３２に接続されている。ゲートドライバ３２は、多数のゲート線１３を順番に電位を変化させる機能を有する。ある特定の時刻においては、ゲートドライバ３２において電位の変化しているゲート線１３は１本のみである。電位の変化したゲート線１３に接続されている信号線１７に並列接続されている薄膜トランジスタ１４のソース、ドレイン間端子は、絶縁状態から導通状態へと変化する。
【００４２】
各信号線１７には特定の電圧がかけられている。電位の変化したゲート線１３に接続されている薄膜トランジスタ１４のソース端子とドレイン端子とを通じて、信号線１７に印加された電圧がコンデンサ１５に印加される。
【００４３】
初期状態においてコンデンサ１５は信号線１７と同じ電位状態になっているため、コンデンサ１５の電荷量が初期状態と変化していない場合、コンデンサ１５には信号線１７からの電荷の移動は発生しない。しかし外部からの入射Ｘ線７より蛍光膜８内部にて発生した蛍光が入射したフォトダイオード１６と並列接続しているコンデンサ１５では、内部に蓄えられている電荷が減少しており、初期状態の電位とは変化している。そのため導通状態となった薄膜トランジスタ１４を通じて信号線１７より電荷の移動が発生し、コンデンサ１５内部に蓄えられた電荷量は初期状態に戻る。また、移動した電荷量は信号線１７を流れる信号となり外部へと伝わっていく。
【００４４】
それぞれの信号線１７は、それぞれ独立した積分増幅器３３へと接続されている。信号線１７を流れる電流は、対応する積分増幅器３３へと入力される。積分増幅器３３は、一定時間内に流れる電流を積分し、その積分値に対応した電圧を外部へと出力する。この動作によって、ある一定時間内に信号線１７を流れる電荷量を電圧値に変換することができる。この結果、入力Ｘ線３７によって蛍光変換膜３８内部で発生した蛍光の強弱分布に対応したフォトダイオード１６内部にて発生する電荷信号は、積分増幅器３３によって電位情報へと変換される。
【００４５】
積分増幅器３３よって発生した電位信号は、Ａ／Ｄ変換機３４にて順次デジタル信号へと変換される。デジタル値となった信号は、画像合成回路３６で画像検出部１２に配置された画素の行と列にしたがって順次整理され、画像信号として外部へと出力される。
【００４６】
これらの動作を連続して行うことにより、外部から入射したＸ線画像情報は電気信号による画像情報へと変換され、外部へと出力される。外部へと出力された電気信号による画像情報は、通常のディスプレイ装置によって容易に画像化が可能であり、その画像によりＸ線画像を可視光による画像として観察することが可能となる。
【００４７】
図１は、本実施の形態におけるＸ線画像検出器の側断面を示す図２のＩ−Ｉ矢視断面図である。
【００４８】
Ｘ線画像検出器３０は、筐体２６を有している。筐体２６は、Ｘ線画像検出器３０を外部装置に固定するための取付穴２５が複数形成された底板４０を有する箱である。ここで、外部装置とは、Ｘ線画像検出器３０が固定される物である。このＸ線画像検出器３０が固定される外部装置は、たとえばＸ線画像検出器３０を用いたＸ線画像検査システムの筐体である。Ｘ線画像検出器３０が固定される外部装置は、検査室の壁など固定構造物であってもよい。
【００４９】
取付穴２５は、筐体２６に直接ねじ穴として形成される場合もあるが、筐体２６に形成された貫通穴に取付ナットを固定して形成される場合もある。筐体２６の底板４０と対向する面には、Ｘ線３７が入射する入射窓２３が形成されている。筐体２６は、ステンレス鋼などの金属で形成されている。
【００５０】
筐体２６の内部には、Ｘ線検出パネル３１と回路基板１９とが収められている。回路基板１９には、行選択回路３５、ゲートドライバ３２、積分増幅器３３、Ａ／Ｄ変換器３４などのＸ線検出パネル３１を駆動し、また、Ｘ線検出パネル３１が出力する電気信号を処理する回路の一部または全部が搭載されている。Ｘ線検出パネル３１と回路基板１９とはフレキシブル基板２０で接続されている。積分増幅器３３は、フレキシブル基板２０上に実装される場合もある。
【００５１】
また、筐体２６の内部には、支持プレート２１が収められている。支持プレート２１は、Ｘ線検出パネル３１よりも少し大きな金属製の板である。支持プレート２１は、筐体２６の底板４０と平行に配置されている。支持プレート２１は、複数の同じ長さの支持支柱２４を介して底板４０に固定されている。支持支柱２４は、たとえば支持プレート２１に形成された穴に打ち込まれている。支持支柱２４の先端にねじを形成し、支持プレート２１に形成されたねじ穴にねじこんで固定してもよい。支持支柱２４の底板４０側の端部は、たとえばねじによって底板４０に固定されている。
【００５２】
支持プレート２１の入射窓２３側の面には、Ｘ線遮蔽板１８が固定されている。Ｘ線遮蔽板１８と支持プレート２１との固定には、接着剤や両面テープなどが用いられる。
【００５３】
Ｘ線検出パネル３１は、Ｘ線遮蔽板１８の入射窓２３側の面に載置されている。また、入射窓２３の周囲の筐体２６の内面とＸ線検出パネル３１との間に、押しつけ部材４１が配置されている。押しつけ部材４１は、ゴムなどの弾性体であって、Ｘ線検出パネル３１をＸ線遮蔽板１８側に押し付けている。
【００５４】
Ｘ線遮蔽板１８は、Ｘ線検出パネル３１を透過したＸ線３７を減衰させて、その裏側へのＸ線３７の透過量が所定の量以下となるように遮蔽する。Ｘ線遮蔽板１８は、たとえば鉛で形成される。
【００５５】
支持プレート２１のＸ線検出パネル３１とは反対側の面には、回路基板１９が固定されている。回路基板１９と支持プレート２１との間の固定には、その間に設けられた柱にそれぞれを固定する方法が用いられる。回路基板１９は、たとえば支持支柱２４が貫通する貫通穴を形成することなどにより、支持支柱２４と干渉しないような形状としている。
【００５６】
このように、複数の支持支柱２４は、一方の端部を筐体２６の底板４０に固定され、他方の端部で直接あるいは間接に、筐体２６内部の複数の構成部品を支持している。支持支柱２４で支持される部品群を、被支持部品群２２と呼ぶこととする。被支持部品群２２には、支持パネル２１、Ｘ線検出パネル３１、Ｘ線遮蔽板１８および回路基板１９が含まれる。
【００５７】
Ｘ線検出パネル３１と回路基板１９との間を断熱するための断熱板が設けられる場合がある。この場合、この断熱板も直接あるいは間接に支持支柱２４で支持され、被支持部品群２２に含まれることとなる。また、Ｘ線検出パネル３１と支持プレート２１との間に樹脂板などを配置する場合には、その樹脂板も被支持部品群２２に含まれる。
【００５８】
図２は、本実施の形態におけるＸ線画像検出器の平断面を示す図１のII−II矢視平断面図である。
【００５９】
筐体２６は、たとえば正方形の底板４０を有している。筐体２６の底板Ｘの対角の長さをＬとする。支持支柱２４は、底板４０の四隅の他、底板４０の全体にわたってほぼ均等に配置されている。本実施の形態において、支持支柱２４の数ｎ１は、１６である。取付穴２５は、底板４０の四隅の他、底板４０の全体にわたってほぼ均等に配置されている。本実施の形態において、取付穴２５の数ｎ２は、１０である。
【００６０】
本実施の形態のＸ線画像検出器Ｘでは、支持支柱２４の数をｎ１とし、取付穴２５の数をｎ２としたときに、ｎ１≧ｎ２の関係としている。また、被支持部品群２２の質量をｍ１とし、Ｘ線画像検出器Ｘの質量をｍ２とし、ｂ１＝ｎ１／ｍ１とし、ｂ２＝ｎ２／ｍ２とすると、ｂ１≧ｂ２の関係となっている。支持支柱２４から最短距離に配置される取付穴２５までの距離のうち全支持支柱２４における最大値をｌｍａＸとし、筐体２６の対角長さをＬとすると、ｌｍａＸ／Ｌ≦０．２の関係となっている。
【００６１】
被支持部品群２２は、重金属で比重の大きい鉛などの金属からなるＸ線遮蔽板１８などの比較的質量が大きい物体を含んでいて、Ｘ線画像検出器３０の全体の質量のうち大きな割合を占めている。このため、Ｘ線画像検出器３０の運搬や運転の際に、Ｘ線画像検出器３０に振動が発生した場合には、被支持部品群２２の挙動がＸ線画像検出器３０の健全性に与える影響は大きい。
【００６２】
たとえば被支持部品群２２に振動や衝撃が与えられるとそのエネルギーは、被支持部品群２２と支持支柱２４を介して接続された筐体２６に伝達される。振動などに伴って筐体２６に発生する応力が許容応力を超えれば、筐体２６が変形などしてＸ線画像検出器３０の健全性が維持できない可能性がある。また、Ｘ線検出パネル３１はガラス基板１１を有している。ガラス基板１１は、筐体２６などの金属製の部材に比べて許容応力が小さい。このため、振動などによって被支持部品群２２が過度に変形した場合、ガラス基板１１が破損してしまう可能性がある。
【００６３】
筐体２６は、システム側筐体と取付穴２５部分で固定されている。したがって、筐体２６の取付穴２５は実質的に固定点であるとみなすことができる。このため、被支持部品群２２に与えられた振動や衝撃のエネルギーの一部が支持支柱２４を介して筐体２６に伝達されると、筐体２６が支持支柱２４と取付穴２５との間で変形する。筐体２６側に伝達されるエネルギーが大きくなり、筐体２６に発生する応力が許容応力を超えると筐体２６の健全性が維持できない。
【００６４】
図６は、本実施の形態における支持支柱の数ｎ１の取付穴の数ｎ２に対する比Ａと許容応力で規格化したガラス基板および筐体に発生する応力との関係の例を示すグラフである。図７は、本実施の形態において、被支持部品群２２の質量をｍ１とし、Ｘ線画像検出器の質量をｍ２とし、ｂ１＝ｎ１／ｍ１とし、ｂ２＝ｎ２／ｍ２としたときのＢ＝ｂ１／ｂ２と許容応力で規格化したガラス基板および筐体に発生する応力との関係の例を示すグラフである。図８は、本実施の形態において、支持支柱から最短距離に配置される取付穴までの距離のうち全支持支柱における最大値をｌｍａＸとし、筐体の対角長さをＬとしたときのｌｍａＸ／Ｌと許容応力で規格化した筐体に発生する応力との関係の例を示すグラフである。これらのグラフは、有限要素法を用いた構造解析ソフトウェアによる構造解析の結果である。図６および図７において、実線はガラス基板１１に発生する応力をガラス基板１１の許容応力で規格化した値である。図６ないし図８において、破線は筐体２６に発生する応力を筐体２６の許容応力で規格化した値である。
【００６５】
支持支柱の数ｎ１の取付穴２５の数ｎ２に対する比Ａが大きい、すなわち取付穴２５の数ｎ２に対する支持支柱２４の数ｎ１の比率が大きい場合、被支持部品群２２の変形が小さいため、ガラス基板１１に発生する応力が小さくなる。これは、被支持部品群２２は、筐体２６と支持支柱２４を介して接続されているため、疑似的に厚さが厚い状態となっており、被支持部品群２２の見かけの曲げ剛性が増大しているためである。
【００６６】
一方、Ａが大きいと、筐体２６に発生する応力は大きくなる。これは、被支持部品群２２の変形が小さい一方で、被支持部品群２２の振動などのエネルギーは被支持部品群２２を変位させる力となるためである。取付穴２５は検査装置システムの筐体に固定されているため実質的に固定点となり、被支持部品群２２の変位によって筐体２６が支持支柱２４と取付穴２５との間で変形する。この変形に伴って筐体２６に応力が発生する。
【００６７】
Ａが小さい場合、すなわち取付穴２５に対する支持支柱２４の数の比率が小さい場合には、被支持部品群２２の変形が大きいため、ガラス基板１１に発生する応力は大きくなる。一方、筐体２６の変形は小さくなる。これは、振動や衝撃のエネルギーは、被支持部品群２２の変形によって減衰し、筐体２６側に伝達されるエネルギーが減少するためである。
【００６８】
したがって、図６に示すように、支持支柱２４の数ｎ１の取付穴２５の数ｎ２に対する比Ａの増加に伴って、被支持部品群２２の発生応力は単調に減少する。また、図６に示すように、Ａの増加に伴って、筐体に発生する応力は単調に増加する。Ｘ線検出器３０の健全性の確保のためには、これらの許容応力で規格化した発生応力がいずれも１未満、すなわち、発生応力が許容応力を下回るようにする必要がある。したがって、Ａを所定の範囲にする必要がある。
【００６９】
さらに、支持支柱２４の数ｎ１の減少は、Ｘ線画像検出器３０の全体の質量の減少を伴うため、軽量化の観点では好ましい。また、支持支柱２４の数ｎ１の減少は、部品点数の減少であるから、部品の製造や取付に要する作業時間の減少を伴い、低コスト化の観点からも好ましい。
【００７０】
また、図７に示すように、Ｂ＝ｂ１／ｂ２の増加に伴って、被支持部品群２２の発生応力は単調に減少する。また、Ｂの増加に伴って、筐体２６に発生する応力は単調に増加する。Ｘ線検出器３０の健全性の確保のためには、これらの許容応力で規格化した発生応力がいずれも１未満、すなわち、発生応力が許容応力を下回るようにする必要がある。したがって、Ｂを所定の範囲にする必要がある。
【００７１】
また、支持支柱２４と取付穴２５との間の距離を小さくすると、筐体２６が支持支柱２４と取付穴２５の間で変形を起こす程度を小さくすることできる。このため、Ｘ線画像検出器３０の検査装置システム側の筐体からの落下の危険性をより小さくすることができる。
【００７２】
図８に示すように、ｌｍａＸ／Ｌの増加に伴って、筐体２６に発生する応力は単調に増加する。Ｘ線検出器３０の健全性の確保のためには、筐体２６の許容応力で規格化した発生応力がいずれも１未満、すなわち、発生応力が許容応力を下回るようにする必要がある。したがって、ｌｍａＸ／Ｌを所定の値以下にする必要がある。
【００７３】
被支持部品群２２は、ガラス基板１１を有している。このため、被支持部品群２２に許容される応力は、実質的にガラス基板１１の許容応力と考えてよい。したがって、被支持部品群２２の許容応力は、筐体２６の許容応力に比べて小さい。その結果、図６に示すように、Ａ＝１、すなわち、支持支柱２４と取付穴２５が同数である場合には、ガラス基板１１の発生応力の許容応力に対する比は、筐体２６の発生応力の許容応力に対する比に比べて大きい。したがって、ガラス基板１１の破損を防ぎ、Ｘ線検出器３０の健全性を確保するためには、Ａが１以上である必要がある。筐体２６の破損を防ぎ、Ｘ線検出器３０の健全性を確保するためには、Ａが２以下である必要がある。
【００７４】
また、図７から、ガラス基板１１の破損を防ぎ、Ｘ線検出器３０の健全性を確保するためには、被支持部品群２２の単位質量あたりの支持支柱２４の数ｂ１＝ｎ１／ｍ１がＸ線平面検出器の単位質量あたりの固定点の数ｂ２＝ｎ２／ｍ２以上である必要があることがわかる。また、筐体２６の破損を防ぎ、Ｘ線検出器３０の健全性を確保するためには、Ｂ＝ｂ１／ｂ２が３．５以下である必要があることがわかる。
【００７５】
さらに、図８から、ｌｍａＸ／Ｌを超えると筐体２６の発生応力が急激に大きくなることがわかる。このため、筐体２６の破損を防ぎ、Ｘ線検出器３０の健全性を確保するためには、ｌｍａＸ／Ｌ≦０．２である必要があることがわかる。
【００７６】
このように、被支持部品群２２やＸ線画像検出器３０の質量に応じて支持支柱２４および取付穴２５の数を適切に選定することによって、効果的にガラス基板１１および筐体２６の変形を抑制することができる。特に、支持支柱２４の数ｎ１が２０以下であって、取付穴２５の数ｎ２が１６以下である場合にはその効果が大きい。なお、本実施の形態では、Ｘ線検出パネル３１は間接変換型であったが、これに限定されるものではなく、直接変換型のＸ線検出パネルであってもよい。
【００７７】
支持支柱２４および取付穴２５の数を適切に選定することによって、低コスト・軽量で、検査装置システム側の筐体へのＸ線画像検出器３０の取付操作性を簡略化でき、かつガラス基板へのダメージと筐体の変形を効果的に抑制することができる。その結果、ガラス基板１１の破損や筐体２６の変形によるＸ線画像検出器３０の検査装置システムからの落下の可能性を抑制できる。
【００７８】
本発明の一実施形態を説明したが、この実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７９】
１０…ＴＦＴ回路層、１１…ガラス基板、１２…画像検出部、１３…ゲート線、１４…薄膜トランジスタ、１５…コンデンサ、１６…フォトダイオード、１７…信号線、１８…Ｘ線遮蔽板、１９…回路基板、２０…フレキシブル基板、２１…支持プレート、２２…被支持部品群、２３…入射窓、２４…支持支柱、２５…取付穴、２６…筐体、３０…Ｘ線画像検出器、３１…Ｘ線検出パネル、３２…ゲートドライバ、３３…積分増幅器、３４…Ａ／Ｄ変換器、３５…行選択回路、３６…画像合成回路、３７…Ｘ線、３８…蛍光変換膜、４０…底板
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施の形態は、Ｘ線画像検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
新世代のＸ線診断用検出器としてアクティブマトリックスを用いたＸ線画像検出器が大きな注目を集めている。平面状の検出器にＸ線を当てることで、Ｘ線撮影像またはリアルタイムのＸ線画像がデジタル信号とし出力される。固体検出器であることから、画質性能や安定性の面でも極めて期待が大きい。このため、多くの大学やメーカーが研究開発に取り組んできた。
【０００３】
実用化の最初の用途として、比較的大きな線量で静止画像を収集する胸部・一般撮影用に開発され、近年商品化されている。より高い技術的なハードルをクリアして、透視線量下で秒３０コマ以上のリアルタイム動画を実現させる必要のある循環器、消化器分野への応用に対しても近い将来に商品化が予想される。この動画用途に対しては、Ｓ／Ｎの改善や微小信号のリアルタイム処理技術等が重要な開発項目となっている。
【０００４】
平面検出器には大きく分けて直接方式と間接方式の２通りがある。直接方式は、Ｘ線をａ−Ｓｅなどの光導電膜により直接電荷信号に変換し、電荷蓄積用のキャパシターに導く方式である。一方の間接方式は、シンチレータ層によりＸ線を受けて一旦可視光に変換し、可視光をａ−ＳｉフォトダイオードやＣＣＤにより信号電荷に変換して電荷蓄積用キャパシターに導く方式である。直接方式は、入射Ｘ線によりＸ線光導電体内部に発生した光導電電荷を高電界により直接に電荷蓄積用キャパシターに導く方式である。
【０００５】
現在実用化されているＸ線画像検出器の多くは、間接変換方式を採用している。従来の間接型Ｘ線画像検出器においては、人体などを透過したＸ線をＸ線画像検出器に入射し、そのＸ線強度分布を電気信号に変換する。この際にＸ線を可視光に変換する蛍光変換膜によってＸ線を可視光に変換し、その光を格子状に形成された複数の光検出器によって二次元的な画像情報として検出し、外部に電気信号として出力する。
【０００６】
間接式Ｘ線検出器は、液晶表示装置の製造工程に類似しているＴＦＴパネル製造工程により、信号配線とＴＦＴトランジスタをガラス基板上に形成したアレイ基板を作成する。その上に入力面からの蛍光を検出するフォトダイオード素子を格子状に形成し、その出力を下部に配置されているＴＦＴトランジスタに電気的に接続することで画素となる。
【０００７】
画素はガラス基板上に格子状に配置され、各画素のスイッチング素子は行を表すゲート線と列を表す信号線に接続されている。ゲート線と信号線は、格子状に配置され、格子状に配置している各画素に接続されている。
【０００８】
平面型光検出器上にＸ線を可視光に変換する蛍光体を積層することにより、外部から入射したＸ線は蛍光体内部にて可視光に変換され、発生した可視光は平面型光検出器に入射する。この際に平面型光検出器内部のフォトダイオードに入射した可視光はフォトダイオードにて電荷に変換され、フォトダイオード内部もしくは並列接続されている容量素子内部に蓄積される。
【０００９】
電荷に変換されたＸ線強度分布情報は、フォトダイオードに接続されているスイッチング素子（ＴＦＴトランジスタ）を通して基板外部へと伝達される。ゲート線の電位が変化することで、電位の変化したゲート線に接続されたＴＦＴトランジスタは導通状態となり、導通状態となったＴＦＴトランジスタに接続されているフォトダイオードもしくは容量素子内部に蓄積された電荷は、ＴＦＴトランジスタを通して外部に排出される。外部に排出された電荷は、ＴＦＴトランジスタに接続している信号線を通してガラス基板外部へと排出される。
【００１０】
ＴＦＴトランジスタを駆動するゲート線の電位は、ゲートドライバからのスイッチング信号により通常１本のみのゲート線の電位が変化され、ある特定の行に相当する画素内部のＴＦＴトランジスタを導通状態にする。電位を変化させるゲート線を順次変更することで、外部にはある特定の行に相当する画素からの信号が外部に排出され、電荷の排出された信号線の位置と、その時点で電位の変動したゲート線の位置を参照することで、Ｘ線の入射位置と強度を算出することが可能となる。
【００１１】
ガラス基板外部に排出された電荷信号は、各信号線に接続された積分増幅器へと入力される。積分増幅器に入力された電荷情報は増幅され、電位信号に変換されて出力される。積分増幅器から出力された電位信号はアナログ、デジタル変換機にてデジタル値に変換される。
【００１２】
デジタル値に変換された信号に対しては、適切な信号処理と画像処理を行うことが必要である。これはＸ線画像信号が極めて微弱であるため、信号処理を行う前の画像には多数のノイズや輝度むら、そして不要な信号が多数含まれているからである。これらを画像処理により取り除くことで、Ｘ線を用いた医療に用いることが可能なＸ線画像検出器とすることができる。
【００１３】
Ｘ線画像検出器との画素は、ガラス基板上に配置されている。Ｘ線画像検出器が衝撃や振動を受けた場合にガラス基板へのダメージを抑制するため、ガラス基板は樹脂や金属などの平坦な支持プレート上に配置され、支持プレート面と反対側の面から押さえつけることにより固定される。あるいは、ガラス基板と支持プレートとを接着剤や両面テープにより固定する方法が取られる場合もある。ガラス基板の温度上昇抑制や温度分布を少なくするため、断熱を目的得して、ガラス基板と支持プレートの間に樹脂板を配置することもある。
【００１４】
また、画像処理と信号処理ＩＣ、そしてゲートドライバや積分増幅器、アナログデジタル変換器は、主に半導体による回路にて構成される。これら半導体回路はＸ線の入射により半導体内部に多数の電荷を発生させ、それら電荷が半導体内部の電気信号に混入することで誤作動を引き起こしてしまうことが知られている。この現象によりＸ線画像に多数のノイズが混入し、画像品質を大きく劣化させてしまう可能性がある。
【００１５】
そこで、半導体回路へのＸ線の入射を防ぐため、重金属で比重の高い金属によるＸ線遮蔽材により半導体回路を含む基板を覆うことが求められる。Ｘ線は、主に対象となる被写体を通過し、蛍光体とＴＦＴ回路が積層されているガラス基板を透過する。半導体を含む回路基板は、装置の大きさの制約上、ガラス基板の裏面方向に配置されることが多い。このため、Ｘ線遮蔽物質はガラス基板と回路基板との間に配置されることが多い。Ｘ線遮蔽物質はＸ線の透過を防ぐという目的のため、他の部品を取付けるための穴を形成しないことが好ましい。このためＸ線遮蔽物質は前記支持プレートに接着剤や両面テープなどで固定し、さらに支持プレートに回路基板を取付けるという方法が取られる。
【００１６】
ガラス基板、樹脂板、支持プレート、Ｘ線遮蔽物質、回路基板から構成される被支持部品群は筐体中の質量が集中している部分である。被支持部品群は、筐体の振動や衝撃が発生した場合の変形を抑制するために、支持支柱で支えられている。支持支柱の他の端は、筐体に接続されている。
【００１７】
一般的に、可搬型でないＸ線画像検出器は、検査装置システムに据え付けられて使用される。Ｘ線の入射を妨げないように、Ｘ線画像検出器はそのＸ線入射面以外の面、多くはＸ線入射面と反対側の面を用いて検査装置システムに取付けられる。筐体を構成する部材の厚さが厚い場合には、筐体に直接ネジ穴を複数箇所に設け、ネジ締めにより検査装置システムに固定されることが多い。筐体を構成する部材の厚さが薄い場合には、筐体に複数個の取付ナットを設け、ネジ締めにより固定されることが多い。この取付ナットは筐体に溶接や打ち込みなどで固定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開２００５−１９５６４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
検査装置システムを低コストで製造するために簡略化したいという要望から、Ｘ線画像検出器の軽量化や取付点数の削減が求められている。このためにはＸ線画像検出器を構成する構造部品の薄肉化や部品点数削減が必要となり、剛性の低下は避けられない。
【００２０】
一方、被支持部品群はガラス基板、樹脂や金属などの支持プレート、Ｘ線遮蔽物質、回路基板で構成されており、筐体中の質量が集中している部分である。Ｘ線画像検出器の検査装置システムへの据付時や輸送中および動作中などに衝撃や振動を受けた場合、この被支持部品群が変形する可能性がある。被支持部品群が変形すると、ガラス基板に応力が発生し、最悪の場合はガラスが破損する可能性がある。
【００２１】
また、被支持部品群の変形・変位が支持支柱を介して筐体へ伝わり、筐体が変形をする可能性がある。その際、取付穴部が固定点となり、それ以外の部分が変形する挙動を示すため、取付穴部周辺には局部的な応力が集中する。この結果、取付穴の変形や取付ナットの変形・脱落を招き、最悪の場合、検査装置システムからＸ線画像検出器が落下するおそれがある。
【００２２】
ガラス基板の破損を防ぐために支持支柱の数を増やすと、低コスト、軽量化に相反するだけでなく、回路基板の設計自由度が下がる。さらに、被支持部品群の変位が筐体の取付面側に伝達され、筐体の変形を助長させる可能性がある。筐体の変形を防ぐために取付穴や取付ナットの数を増やすと、低コスト、軽量化に相反するだけでなく、検査装置システムへのＸ線画像検出器の取付操作性が下がる。
【００２３】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、振動や衝撃を受けた場合のガラス基板および筐体の破損の可能性を抑制したＸ線画像検出器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記課題を解決するため、実施形態のＸ線画像検出器は、ガラス基板を備えてＸ線を検出して電気信号に変換するＸ線検出パネルと、前記Ｘ線検出パネルの前記Ｘ線の入射面の反対側に設けられたＸ線遮蔽板と、を含む被支持部品群と、外部装置に固定するための取付穴がｎ２か所に形成された底板を備えて前記被支持部品群を収納する金属製の筐体と、前記被支持部品群と前記筐体との間に延びてこれらに固定されたｎ１本の支持支柱と、を具備し、ｎ１≧ｎ２であることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】一実施の形態によるＸ線画像検出器の側断面を示す図２のＩ−Ｉ矢視断面図である。
【図２】一実施の形態によるＸ線画像検出器の平断面を示す図１のII−II矢視平断面図である。
【図３】一実施の形態によるＸ線画像検出器のブロック図である。
【図４】一実施の形態によるＸ線検出パネルの模式的斜視図である。
【図５】一実施の形態による画像検出部の回路図である。
【図６】一実施の形態によるＸ線画像検出器における支持支柱の数ｎ１の取付穴の数ｎ２に対する比Ａと許容応力で規格化したガラス基板および筐体に発生する応力との関係の例を示すグラフである。
【図７】一実施の形態によるＸ線画像検出器において、被支持部品群の質量をｍ１とし、Ｘ線画像検出器の質量をｍ２とし、ｂ１＝ｎ１／ｍ１とし、ｂ２＝ｎ２／ｍ２としたときのＢ＝ｂ１／ｂ２と許容応力で規格化したガラス基板および筐体に発生する応力との関係の例を示すグラフである。
【図８】一実施の形態によるＸ線画像検出器において、支持支柱から最短距離に配置される取付穴までの距離のうち全支持支柱における最大値をｌｍａＸとし、筐体の対角長さをＬとしたときのｌｍａＸ／Ｌと許容応力で規格化した筐体に発生する応力との関係の例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下一実施の形態のＸ線画像検出器を、図面を参照して説明する。なお、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２７】
図３は、一実施の形態によるＸ線画像検出器のブロック図である。
【００２８】
Ｘ線画像検出器３０は、Ｘ線検出パネル３１を有している。Ｘ線検出パネル３１は、入射したＸ線を電気信号に変換する。
【００２９】
Ｘ線検出パネル３１には、ゲートドライバ３２および複数の積分増幅器３３が接続されている。ゲートドライバ３２は、外部からの信号を受信すると、Ｘ線検出パネル３１に接続されている多数のゲート線の電圧を順番に変更していく。積分増幅器３３は、Ｘ線検出パネル３１から出力される極めて微小な電荷信号を増幅し出力する。ゲートドライバ３２には、行選択回路３５が接続されていて、Ｘ線画像の走査方向に従って対応するゲートドライバ３２へと信号を送る。
【００３０】
積分増幅器３３は、Ｘ線検出パネル３１がＸ線を変換した電気信号を積分して増幅する。積分増幅器３３は、Ａ／Ｄ変換器３４に接続されている。積分増幅器３３で増幅された電気信号は、並列／直列変換されてＡ／Ｄ変換器３４に入力される。積分増幅器３３から入力されてＡ／Ｄ変換器３４で変換されて生成したデジタル信号は、画像合成回路３６に伝達される。画像合成回路３６は、伝達された信号からＸ線検出パネル３１に入射したＸ線像を合成し、外部のディスプレイなどに伝達する。外部のディスプレイは、伝達されたＸ線像を表示する。
【００３１】
図４は、本実施の形態におけるＸ線検出パネルの模式的斜視図である。
【００３２】
Ｘ線検出パネル３１は、蛍光変換膜３８と画像検出部１２とを有している。蛍光変換膜３８へと入射する入射Ｘ線３７は、蛍光変換膜３８の内部にて蛍光に変換され、発生した蛍光は画像検出部１２表面へと到達する。
【００３３】
画像検出部１２は、ガラス基板１１上にＴＦＴ回路層１０およびフォトダイオード１６が形成されたものである。フォトダイオード１６は、正方格子状に配列されている。蛍光変換膜３８から入射した可視光像は、画像検出部１２にて電気信号による画像情報へと変換される。なお、図４では、蛍光変換膜３８と画像検出部１２とを離して記載しているが、実際には、両者は接触している。
【００３４】
図５は、本実施の形態における画像検出部の回路図である。
【００３５】
画像検出部１２のそれぞれのフォトダイオード１６に対応して、薄膜トランジスタ１４およびコンデンサ１５が設けられている。フォトダイオード１６、薄膜トランジスタ１４およびコンデンサ１５などによって、それぞれの画素３９が構成されている。それぞれの画素３９は、ゲート線１３と信号線１７とに接続されている。
【００３６】
つぎに、Ｘ線画像検出器の動作を説明する。
【００３７】
初期状態においてコンデンサ１５には電荷が蓄えられている。また、並列接続されているフォトダイオード１６には逆バイアス状態の電圧が加えられている。このときの電圧は、信号線１７に加えられている電圧と同じである。フォトダイオード１６はダイオードの一種なので、逆バイアスの電圧が加えられても電流はほとんど流れることは無い。そのためコンデンサ１５に蓄えられた電荷は減少することなく保持される。
【００３８】
このような状態において、入射Ｘ線３７が蛍光変換膜３８に入射すると、蛍光変換膜３８内部において高エネルギーのＸ線が低エネルギーの多数の可視光に変換される。蛍光変換膜３８内部にて発生した蛍光の一部は、画像検出部１２表面に配置されているフォトダイオード１６へと到達する。
【００３９】
フォトダイオード１６に入射した蛍光は、フォトダイオード１６内部にて電子とホールからなる電荷に変換される。変換された電荷がコンデンサ１５にて印加されている電界方向に沿ってフォトダイオード１６の持つ両端子へと到達することで、フォトダイオード１６内部を流れる電流として観測される。
【００４０】
蛍光の入射により発生したフォトダイオード１６内部を流れる電流は、並列接続されているコンデンサ１５へと流れ込み、コンデンサ１５内部に蓄えられている電荷を打ち消す。その結果、コンデンサ１５に蓄えられていた電荷は減少し、コンデンサ１５の端子間に発生していた電位差も初期状態と比べて減少する。
【００４１】
ゲート線１３は、特定のゲートドライバ３２に接続されている。ゲートドライバ３２は、多数のゲート線１３を順番に電位を変化させる機能を有する。ある特定の時刻においては、ゲートドライバ３２において電位の変化しているゲート線１３は１本のみである。電位の変化したゲート線１３に接続されている信号線１７に並列接続されている薄膜トランジスタ１４のソース、ドレイン間端子は、絶縁状態から導通状態へと変化する。
【００４２】
各信号線１７には特定の電圧がかけられている。電位の変化したゲート線１３に接続されている薄膜トランジスタ１４のソース端子とドレイン端子とを通じて、信号線１７に印加された電圧がコンデンサ１５に印加される。
【００４３】
初期状態においてコンデンサ１５は信号線１７と同じ電位状態になっているため、コンデンサ１５の電荷量が初期状態と変化していない場合、コンデンサ１５には信号線１７からの電荷の移動は発生しない。しかし外部からの入射Ｘ線７より蛍光膜８内部にて発生した蛍光が入射したフォトダイオード１６と並列接続しているコンデンサ１５では、内部に蓄えられている電荷が減少しており、初期状態の電位とは変化している。そのため導通状態となった薄膜トランジスタ１４を通じて信号線１７より電荷の移動が発生し、コンデンサ１５内部に蓄えられた電荷量は初期状態に戻る。また、移動した電荷量は信号線１７を流れる信号となり外部へと伝わっていく。
【００４４】
それぞれの信号線１７は、それぞれ独立した積分増幅器３３へと接続されている。信号線１７を流れる電流は、対応する積分増幅器３３へと入力される。積分増幅器３３は、一定時間内に流れる電流を積分し、その積分値に対応した電圧を外部へと出力する。この動作によって、ある一定時間内に信号線１７を流れる電荷量を電圧値に変換することができる。この結果、入力Ｘ線３７によって蛍光変換膜３８内部で発生した蛍光の強弱分布に対応したフォトダイオード１６内部にて発生する電荷信号は、積分増幅器３３によって電位情報へと変換される。
【００４５】
積分増幅器３３よって発生した電位信号は、Ａ／Ｄ変換機３４にて順次デジタル信号へと変換される。デジタル値となった信号は、画像合成回路３６で画像検出部１２に配置された画素の行と列にしたがって順次整理され、画像信号として外部へと出力される。
【００４６】
これらの動作を連続して行うことにより、外部から入射したＸ線画像情報は電気信号による画像情報へと変換され、外部へと出力される。外部へと出力された電気信号による画像情報は、通常のディスプレイ装置によって容易に画像化が可能であり、その画像によりＸ線画像を可視光による画像として観察することが可能となる。
【００４７】
図１は、本実施の形態におけるＸ線画像検出器の側断面を示す図２のＩ−Ｉ矢視断面図である。
【００４８】
Ｘ線画像検出器３０は、筐体２６を有している。筐体２６は、Ｘ線画像検出器３０を外部装置に固定するための取付穴２５が複数形成された底板４０を有する箱である。ここで、外部装置とは、Ｘ線画像検出器３０が固定される物である。このＸ線画像検出器３０が固定される外部装置は、たとえばＸ線画像検出器３０を用いたＸ線画像検査システムの筐体である。Ｘ線画像検出器３０が固定される外部装置は、検査室の壁など固定構造物であってもよい。
【００４９】
取付穴２５は、筐体２６に直接ねじ穴として形成される場合もあるが、筐体２６に形成された貫通穴に取付ナットを固定して形成される場合もある。筐体２６の底板４０と対向する面には、Ｘ線３７が入射する入射窓２３が形成されている。筐体２６は、ステンレス鋼などの金属で形成されている。
【００５０】
筐体２６の内部には、Ｘ線検出パネル３１と回路基板１９とが収められている。回路基板１９には、行選択回路３５、ゲートドライバ３２、積分増幅器３３、Ａ／Ｄ変換器３４などのＸ線検出パネル３１を駆動し、また、Ｘ線検出パネル３１が出力する電気信号を処理する回路の一部または全部が搭載されている。Ｘ線検出パネル３１と回路基板１９とはフレキシブル基板２０で接続されている。積分増幅器３３は、フレキシブル基板２０上に実装される場合もある。
【００５１】
また、筐体２６の内部には、支持プレート２１が収められている。支持プレート２１は、Ｘ線検出パネル３１よりも少し大きな金属製の板である。支持プレート２１は、筐体２６の底板４０と平行に配置されている。支持プレート２１は、複数の同じ長さの支持支柱２４を介して底板４０に固定されている。支持支柱２４は、たとえば支持プレート２１に形成された穴に打ち込まれている。支持支柱２４の先端にねじを形成し、支持プレート２１に形成されたねじ穴にねじこんで固定してもよい。支持支柱２４の底板４０側の端部は、たとえばねじによって底板４０に固定されている。
【００５２】
支持プレート２１の入射窓２３側の面には、Ｘ線遮蔽板１８が固定されている。Ｘ線遮蔽板１８と支持プレート２１との固定には、接着剤や両面テープなどが用いられる。
【００５３】
Ｘ線検出パネル３１は、Ｘ線遮蔽板１８の入射窓２３側の面に載置されている。また、入射窓２３の周囲の筐体２６の内面とＸ線検出パネル３１との間に、押しつけ部材４１が配置されている。押しつけ部材４１は、ゴムなどの弾性体であって、Ｘ線検出パネル３１をＸ線遮蔽板１８側に押し付けている。
【００５４】
Ｘ線遮蔽板１８は、Ｘ線検出パネル３１を透過したＸ線３７を減衰させて、その裏側へのＸ線３７の透過量が所定の量以下となるように遮蔽する。Ｘ線遮蔽板１８は、たとえば鉛で形成される。
【００５５】
支持プレート２１のＸ線検出パネル３１とは反対側の面には、回路基板１９が固定されている。回路基板１９と支持プレート２１との間の固定には、その間に設けられた柱にそれぞれを固定する方法が用いられる。回路基板１９は、たとえば支持支柱２４が貫通する貫通穴を形成することなどにより、支持支柱２４と干渉しないような形状としている。
【００５６】
このように、複数の支持支柱２４は、一方の端部を筐体２６の底板４０に固定され、他方の端部で直接あるいは間接に、筐体２６内部の複数の構成部品を支持している。支持支柱２４で支持される部品群を、被支持部品群２２と呼ぶこととする。被支持部品群２２には、支持パネル２１、Ｘ線検出パネル３１、Ｘ線遮蔽板１８および回路基板１９が含まれる。
【００５７】
Ｘ線検出パネル３１と回路基板１９との間を断熱するための断熱板が設けられる場合がある。この場合、この断熱板も直接あるいは間接に支持支柱２４で支持され、被支持部品群２２に含まれることとなる。また、Ｘ線検出パネル３１と支持プレート２１との間に樹脂板などを配置する場合には、その樹脂板も被支持部品群２２に含まれる。
【００５８】
図２は、本実施の形態におけるＸ線画像検出器の平断面を示す図１のII−II矢視平断面図である。
【００５９】
筐体２６は、たとえば正方形の底板４０を有している。筐体２６の底板Ｘの対角の長さをＬとする。支持支柱２４は、底板４０の四隅の他、底板４０の全体にわたってほぼ均等に配置されている。本実施の形態において、支持支柱２４の数ｎ１は、１６である。取付穴２５は、底板４０の四隅の他、底板４０の全体にわたってほぼ均等に配置されている。本実施の形態において、取付穴２５の数ｎ２は、１０である。
【００６０】
本実施の形態のＸ線画像検出器Ｘでは、支持支柱２４の数をｎ１とし、取付穴２５の数をｎ２としたときに、ｎ１≧ｎ２の関係としている。また、被支持部品群２２の質量をｍ１とし、Ｘ線画像検出器Ｘの質量をｍ２とし、ｂ１＝ｎ１／ｍ１とし、ｂ２＝ｎ２／ｍ２とすると、ｂ１≧ｂ２の関係となっている。支持支柱２４から最短距離に配置される取付穴２５までの距離のうち全支持支柱２４における最大値をｌｍａＸとし、筐体２６の対角長さをＬとすると、ｌｍａＸ／Ｌ≦０．２の関係となっている。
【００６１】
被支持部品群２２は、重金属で比重の大きい鉛などの金属からなるＸ線遮蔽板１８などの比較的質量が大きい物体を含んでいて、Ｘ線画像検出器３０の全体の質量のうち大きな割合を占めている。このため、Ｘ線画像検出器３０の運搬や運転の際に、Ｘ線画像検出器３０に振動が発生した場合には、被支持部品群２２の挙動がＸ線画像検出器３０の健全性に与える影響は大きい。
【００６２】
たとえば被支持部品群２２に振動や衝撃が与えられるとそのエネルギーは、被支持部品群２２と支持支柱２４を介して接続された筐体２６に伝達される。振動などに伴って筐体２６に発生する応力が許容応力を超えれば、筐体２６が変形などしてＸ線画像検出器３０の健全性が維持できない可能性がある。また、Ｘ線検出パネル３１はガラス基板１１を有している。ガラス基板１１は、筐体２６などの金属製の部材に比べて許容応力が小さい。このため、振動などによって被支持部品群２２が過度に変形した場合、ガラス基板１１が破損してしまう可能性がある。
【００６３】
筐体２６は、システム側筐体と取付穴２５部分で固定されている。したがって、筐体２６の取付穴２５は実質的に固定点であるとみなすことができる。このため、被支持部品群２２に与えられた振動や衝撃のエネルギーの一部が支持支柱２４を介して筐体２６に伝達されると、筐体２６が支持支柱２４と取付穴２５との間で変形する。筐体２６側に伝達されるエネルギーが大きくなり、筐体２６に発生する応力が許容応力を超えると筐体２６の健全性が維持できない。
【００６４】
図６は、本実施の形態における支持支柱の数ｎ１の取付穴の数ｎ２に対する比Ａと許容応力で規格化したガラス基板および筐体に発生する応力との関係の例を示すグラフである。図７は、本実施の形態において、被支持部品群２２の質量をｍ１とし、Ｘ線画像検出器の質量をｍ２とし、ｂ１＝ｎ１／ｍ１とし、ｂ２＝ｎ２／ｍ２としたときのＢ＝ｂ１／ｂ２と許容応力で規格化したガラス基板および筐体に発生する応力との関係の例を示すグラフである。図８は、本実施の形態において、支持支柱から最短距離に配置される取付穴までの距離のうち全支持支柱における最大値をｌｍａＸとし、筐体の対角長さをＬとしたときのｌｍａＸ／Ｌと許容応力で規格化した筐体に発生する応力との関係の例を示すグラフである。これらのグラフは、有限要素法を用いた構造解析ソフトウェアによる構造解析の結果である。図６および図７において、実線はガラス基板１１に発生する応力をガラス基板１１の許容応力で規格化した値である。図６ないし図８において、破線は筐体２６に発生する応力を筐体２６の許容応力で規格化した値である。
【００６５】
支持支柱の数ｎ１の取付穴２５の数ｎ２に対する比Ａが大きい、すなわち取付穴２５の数ｎ２に対する支持支柱２４の数ｎ１の比率が大きい場合、被支持部品群２２の変形が小さいため、ガラス基板１１に発生する応力が小さくなる。これは、被支持部品群２２は、筐体２６と支持支柱２４を介して接続されているため、疑似的に厚さが厚い状態となっており、被支持部品群２２の見かけの曲げ剛性が増大しているためである。
【００６６】
一方、Ａが大きいと、筐体２６に発生する応力は大きくなる。これは、被支持部品群２２の変形が小さい一方で、被支持部品群２２の振動などのエネルギーは被支持部品群２２を変位させる力となるためである。取付穴２５は検査装置システムの筐体に固定されているため実質的に固定点となり、被支持部品群２２の変位によって筐体２６が支持支柱２４と取付穴２５との間で変形する。この変形に伴って筐体２６に応力が発生する。
【００６７】
Ａが小さい場合、すなわち取付穴２５に対する支持支柱２４の数の比率が小さい場合には、被支持部品群２２の変形が大きいため、ガラス基板１１に発生する応力は大きくなる。一方、筐体２６の変形は小さくなる。これは、振動や衝撃のエネルギーは、被支持部品群２２の変形によって減衰し、筐体２６側に伝達されるエネルギーが減少するためである。
【００６８】
したがって、図６に示すように、支持支柱２４の数ｎ１の取付穴２５の数ｎ２に対する比Ａの増加に伴って、被支持部品群２２の発生応力は単調に減少する。また、図６に示すように、Ａの増加に伴って、筐体に発生する応力は単調に増加する。Ｘ線検出器３０の健全性の確保のためには、これらの許容応力で規格化した発生応力がいずれも１未満、すなわち、発生応力が許容応力を下回るようにする必要がある。したがって、Ａを所定の範囲にする必要がある。
【００６９】
さらに、支持支柱２４の数ｎ１の減少は、Ｘ線画像検出器３０の全体の質量の減少を伴うため、軽量化の観点では好ましい。また、支持支柱２４の数ｎ１の減少は、部品点数の減少であるから、部品の製造や取付に要する作業時間の減少を伴い、低コスト化の観点からも好ましい。
【００７０】
また、図７に示すように、Ｂ＝ｂ１／ｂ２の増加に伴って、被支持部品群２２の発生応力は単調に減少する。また、Ｂの増加に伴って、筐体２６に発生する応力は単調に増加する。Ｘ線検出器３０の健全性の確保のためには、これらの許容応力で規格化した発生応力がいずれも１未満、すなわち、発生応力が許容応力を下回るようにする必要がある。したがって、Ｂを所定の範囲にする必要がある。
【００７１】
また、支持支柱２４と取付穴２５との間の距離を小さくすると、筐体２６が支持支柱２４と取付穴２５の間で変形を起こす程度を小さくすることできる。このため、Ｘ線画像検出器３０の検査装置システム側の筐体からの落下の危険性をより小さくすることができる。
【００７２】
図８に示すように、ｌｍａＸ／Ｌの増加に伴って、筐体２６に発生する応力は単調に増加する。Ｘ線検出器３０の健全性の確保のためには、筐体２６の許容応力で規格化した発生応力がいずれも１未満、すなわち、発生応力が許容応力を下回るようにする必要がある。したがって、ｌｍａＸ／Ｌを所定の値以下にする必要がある。
【００７３】
被支持部品群２２は、ガラス基板１１を有している。このため、被支持部品群２２に許容される応力は、実質的にガラス基板１１の許容応力と考えてよい。したがって、被支持部品群２２の許容応力は、筐体２６の許容応力に比べて小さい。その結果、図６に示すように、Ａ＝１、すなわち、支持支柱２４と取付穴２５が同数である場合には、ガラス基板１１の発生応力の許容応力に対する比は、筐体２６の発生応力の許容応力に対する比に比べて大きい。したがって、ガラス基板１１の破損を防ぎ、Ｘ線検出器３０の健全性を確保するためには、Ａが１以上である必要がある。筐体２６の破損を防ぎ、Ｘ線検出器３０の健全性を確保するためには、Ａが２以下である必要がある。
【００７４】
また、図７から、ガラス基板１１の破損を防ぎ、Ｘ線検出器３０の健全性を確保するためには、被支持部品群２２の単位質量あたりの支持支柱２４の数ｂ１＝ｎ１／ｍ１がＸ線平面検出器の単位質量あたりの固定点の数ｂ２＝ｎ２／ｍ２以上である必要があることがわかる。また、筐体２６の破損を防ぎ、Ｘ線検出器３０の健全性を確保するためには、Ｂ＝ｂ１／ｂ２が３．５以下である必要があることがわかる。
【００７５】
さらに、図８から、ｌｍａＸ／Ｌを超えると筐体２６の発生応力が急激に大きくなることがわかる。このため、筐体２６の破損を防ぎ、Ｘ線検出器３０の健全性を確保するためには、ｌｍａＸ／Ｌ≦０．２である必要があることがわかる。
【００７６】
このように、被支持部品群２２やＸ線画像検出器３０の質量に応じて支持支柱２４および取付穴２５の数を適切に選定することによって、効果的にガラス基板１１および筐体２６の変形を抑制することができる。特に、支持支柱２４の数ｎ１が２０以下であって、取付穴２５の数ｎ２が１６以下である場合にはその効果が大きい。なお、本実施の形態では、Ｘ線検出パネル３１は間接変換型であったが、これに限定されるものではなく、直接変換型のＸ線検出パネルであってもよい。
【００７７】
支持支柱２４および取付穴２５の数を適切に選定することによって、低コスト・軽量で、検査装置システム側の筐体へのＸ線画像検出器３０の取付操作性を簡略化でき、かつガラス基板へのダメージと筐体の変形を効果的に抑制することができる。その結果、ガラス基板１１の破損や筐体２６の変形によるＸ線画像検出器３０の検査装置システムからの落下の可能性を抑制できる。
【００７８】
本発明の一実施形態を説明したが、この実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７９】
１０…ＴＦＴ回路層、１１…ガラス基板、１２…画像検出部、１３…ゲート線、１４…薄膜トランジスタ、１５…コンデンサ、１６…フォトダイオード、１７…信号線、１８…Ｘ線遮蔽板、１９…回路基板、２０…フレキシブル基板、２１…支持プレート、２２…被支持部品群、２３…入射窓、２４…支持支柱、２５…取付穴、２６…筐体、３０…Ｘ線画像検出器、３１…Ｘ線検出パネル、３２…ゲートドライバ、３３…積分増幅器、３４…Ａ／Ｄ変換器、３５…行選択回路、３６…画像合成回路、３７…Ｘ線、３８…蛍光変換膜、４０…底板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス基板を備えてＸ線を検出して電気信号に変換するＸ線検出パネルと、前記Ｘ線検出パネルの前記Ｘ線の入射面の反対側に設けられたＸ線遮蔽板と、を含む被支持部品群と、
外部装置に固定するための取付穴がｎ２か所に形成された底板を備えて前記被支持部品群を収納する金属製の筐体と、
前記被支持部品群と前記筐体との間に延びてこれらに固定されたｎ１本の支持支柱と、
を具備し、
ｎ１≧ｎ２であることを特徴とするＸ線画像検出器。
【請求項２】
前記被支持部品群の総質量をｍ１、前記Ｘ線画像検出器の総質量をｍ２、ｂ１＝ｎ１／ｍ１、ｂ２＝ｎ２／ｍ２としたときに、ｂ１≧ｂ２であることを特徴とする請求項１に記載のＸ線画像検出器。
【請求項３】
前記ｎ１本のそれぞれの前記支持支柱から最短距離に配置されている前記取付穴までの距離のうちの最大値をｌｍａＸとし、前記底板の対角の長さをＬとしたとき、ｌｍａＸ／Ｌ≦０．２であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＸ線検出器。
【請求項４】
ｎ１／ｎ２≦２であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のＸ線画像検出器。
【請求項５】
ｂ１／ｂ２≦３．５であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のＸ線画像検出器。
【請求項６】
ｎ１≦２０かつｎ２≦１６であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のＸ線画像検出器。
【請求項１】
ガラス基板を備えてＸ線を検出して電気信号に変換するＸ線検出パネルと、前記Ｘ線検出パネルの前記Ｘ線の入射面の反対側に設けられたＸ線遮蔽板と、を含む被支持部品群と、
外部装置に固定するための取付穴がｎ２か所に形成された底板を備えて前記被支持部品群を収納する金属製の筐体と、
前記被支持部品群と前記筐体との間に延びてこれらに固定されたｎ１本の支持支柱と、
を具備し、
ｎ１≧ｎ２であることを特徴とするＸ線画像検出器。
【請求項２】
前記被支持部品群の総質量をｍ１、前記Ｘ線画像検出器の総質量をｍ２、ｂ１＝ｎ１／ｍ１、ｂ２＝ｎ２／ｍ２としたときに、ｂ１≧ｂ２であることを特徴とする請求項１に記載のＸ線画像検出器。
【請求項３】
前記ｎ１本のそれぞれの前記支持支柱から最短距離に配置されている前記取付穴までの距離のうちの最大値をｌｍａＸとし、前記底板の対角の長さをＬとしたとき、ｌｍａＸ／Ｌ≦０．２であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＸ線検出器。
【請求項４】
ｎ１／ｎ２≦２であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のＸ線画像検出器。
【請求項５】
ｂ１／ｂ２≦３．５であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のＸ線画像検出器。
【請求項６】
ｎ１≦２０かつｎ２≦１６であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のＸ線画像検出器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−１９７９４（Ｐ２０１３−１９７９４Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５３９４４（Ｐ２０１１−１５３９４４）
【出願日】平成２３年７月１２日（２０１１．７．１２）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（５０３３８２５４２）東芝電子管デバイス株式会社 (369)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１２日（２０１１．７．１２）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（５０３３８２５４２）東芝電子管デバイス株式会社 (369)
【Ｆターム（参考）】
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